DE102016109456A1 - Method for producing a temporomandibular joint endoprosthesis or an implant for the treatment of bony deficits or defects of the facial and cranial skull and other bony defects in the body region - Google Patents
Method for producing a temporomandibular joint endoprosthesis or an implant for the treatment of bony deficits or defects of the facial and cranial skull and other bony defects in the body region Download PDFInfo
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese, bei dem in einem ersten Schritt ein Abbild der zu erzeugenden Prothese erzeugt wird, anschließend in einem computergestützten spanabhebenden Prozess mithilfe des Abbildes aus einem Keramikrohling ein größenangepasster Prothesenrohling hergestellt wird und in einer nachgeschalteten Wärmebehandlung aus dem Prothesenrohling die Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese hergestellt wird.A method for producing a temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis, in which in a first step, an image of the prosthesis to be generated is produced, then in a computer-aided machining process using the image of a ceramic blank, a size-adjusted prosthesis blank is prepared and in a subsequent heat treatment the prosthesis blank the jaw joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis is made.
Description
Verfahren zur Herstellung einer Kiefergelenk-Endoprothese oder eines Implantats zur Behandlung von knöchernen Defiziten oder Defekten des Gesichts- und Hirnschädels sowie weiterer knöcherner Defekte im Körperbereich Method for producing a temporomandibular joint endoprosthesis or an implant for the treatment of bony deficits or defects of the facial and cranial skull and other bony defects in the body region
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kiefergelenk-Endoprothese, eines Schädel-Implantats oder Körperteil-Implantat zum Ersatz der ursprünglichen, knöchernen Strukturen. The invention relates to a method for producing a temporomandibular joint endoprosthesis, a skull implant or body part implant for replacing the original, bony structures.
Zur Behandlung entzündungsbedingter und/oder traumabedingter und/oder tumorbedingter und/oder anlagebedingter Defektzustände oder Dysfunktionen im Bereich des Kiefergelenks oder anderer kleinerer Gelenke im menschlichen Körper ist es bekannt, das Gelenk teilweise oder vollständig durch eine Prothese zu ersetzen. In diesem Zusammenhang sind auch Kiefergelenkprothesen bekannt. For the treatment of inflammatory and / or trauma-related and / or tumor-related and / or plant-related defect states or dysfunctions in the region of the temporomandibular joint or other smaller joints in the human body, it is known to partially or completely replace the joint with a prosthesis. In this context, TMJ prostheses are also known.
Das natürliche Kiefergelenk ermöglicht sowohl eine Rotation als auch eine horizontale Verschiebung des Kiefergelenkkopfs bei Mundöffnung (Translation). Die Verschiebung wird u.a. durch seitliche Flügelmuskeln gesteuert, die am Kiefergelenkkopf angebracht sind. Wird eine vollständige Kiefergelenkprothese eingesetzt, welche in Form eines Kugelgelenks ausgebildet ist und lediglich drei Freiheitsgrade aufweist, geht die Funktion der Flügelmuskeln und damit die Möglichkeit der Translation verloren. The natural temporomandibular joint allows both rotation and horizontal displacement of the jaw joint head during oral opening (translation). The shift is u.a. controlled by lateral wing muscles attached to the jaw joint head. If a complete TMJ prosthesis is used, which is designed in the form of a ball joint and has only three degrees of freedom, the function of the wing muscles and thus the possibility of translation is lost.
Nach Implantieren einer auf einem Kugelgelenk basierenden Prothese kann der Kiefer nur noch um einen festen Punkt an der Seite der Prothese gedreht werden, so dass keinerlei Translationsbewegung des Kiefers mehr möglich ist, welche aber für Mahlbewegungen der Zähne erforderlich ist. Daher ist diese Art der Kiefergelenkprothese für Patienten unangenehm und behindert die Funktion des Kiefers. Sie kann sogar zu Schäden in der Gelenkgrubbe führen. After implantation of a ball joint-based prosthesis, the jaw can only be rotated about a fixed point on the side of the prosthesis, so that no more translational movement of the jaw is possible, but which is required for grinding movements of the teeth. Therefore, this type of jaw joint prosthesis is uncomfortable for patients and hinders the function of the jaw. It can even lead to damage in the joint grub.
Aus der
Dadurch soll eine natürlichere Bewegung des Kiefers ermöglicht werden. This should allow a more natural movement of the jaw.
Die bisherigen Kiefergelenkprothesen sind aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt. Beispielsweise sollen Schiebeelemente aus einem Polymer bestehen, der Gelenkkopf aus Aluminiumoxid (AL2O3) und für die Basis des schädelseitigen Prothesenteils soll eine Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierung eingesetzt werden. Schrauben und Pfosten sollen vorzugsweise aus einer Titanlegierung bestehen. Insofern weist diese Kiefergelenkprothese einen komplexen Aufbau auf und besteht aus einer Vielzahl von Werkstoffen. The previous TMJ prostheses are composed of different materials. For example, sliding elements should consist of a polymer, the condyle of alumina (AL 2 O 3 ) and for the base of the skull-side prosthesis part a cobalt-chromium-molybdenum alloy should be used. Screws and posts should preferably consist of a titanium alloy. In this respect, this temporomandibular joint prosthesis has a complex structure and consists of a variety of materials.
Es sind weitere Kiefergelenkprothesen bekannt, welche vorwiegend oder ausschließlich aus Titanlegierungen bestehen. There are other TMJ prostheses known which consist mainly or exclusively of titanium alloys.
Die vorbekannten Kiefergelenkprothesen sind entweder bereits vollständig vorgefertigt oder liegen zumindest als Halbzeuge vor. Es ist daher bislang erforderlich, das Kiefergelenk an die einzusetzende Kiefergelenkprothese anzupassen. Hierbei ist nachteilig, dass unter Umständen erhaltungswürdige Substanz aus dem Kieferbereich entfernt werden muss, um die aus vorgefertigten Elementen bestehende Kiefergelenkprothese einpassen zu können. Insbesondere der Ansatz des seitlichen Flügelmuskels (M. pterygoideus lateralis) muss bei dieser Art von Gelenken entfernt werden, was zu einer umfangreichen Funktionseinbuße führt. The previously known TMJ prostheses are either already completely prefabricated or at least present as semi-finished products. Therefore, it has hitherto been necessary to adapt the temporomandibular joint to the temporomandibular joint prosthesis to be used. In this case, it is disadvantageous that, under certain circumstances, the substance worth preserving must be removed from the area of the jaw in order to be able to fit in the temporomandibular joint prosthesis consisting of prefabricated elements. In particular, the approach of the lateral wing muscle (lateral pterygoid muscle) must be removed in this type of joints, resulting in a significant loss of function.
Titanlegierungen ermöglichen bekannterweise eine sehr gute Integration in das Knochengewebe (Osseointegration). Eine Integration beziehungsweise Einbindung von Weichgewebe ist bei Titanlegierungen jedoch nicht in vollem Umfang gegeben. Daher können Prothesen aus Titanlegierungen keinen Ansatzpunkt für Weichgewebe, beispielsweise Sehnen und Muskeln bilden. Titanium alloys are known to allow a very good integration into the bone tissue (osseointegration). However, integration or integration of soft tissue is not fully given in titanium alloys. Therefore, titanium alloy prostheses can not form a starting point for soft tissue, such as tendons and muscles.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese bereitzustellen, welche lediglich das Entfernen beschädigter Substanz des Kiefergelenks erfordert und welche nach Abschluss des Heilungsprozesses eine hohe Funktionalität des mit der Kieferprothese versehenen Kiefergelenks ermöglicht. The invention has for its object to provide a temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis, which only requires the removal of damaged substance of the temporomandibular joint and which allows a high functionality of provided with the jaw prosthesis temporomandibular joint after completion of the healing process.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 und 8 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug. This object is achieved with the features of claims 1 and 8. In advantageous embodiments, the dependent claims relate.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese wird in einem ersten Schritt ein Abbild der zu erzeugenden Prothese erzeugt, anschließend wird in einem computergestützten spanabhebenden Prozess mithilfe des Abbilds aus einem Keramikrohling ein größenangepasster Prothesenrohling hergestellt und in einer nachgeschalteten Wärmebehandlung wird aus dem Prothesenrohling die Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese hergestellt. In the method according to the invention for producing a temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or partial body prosthesis, in a first step an image of the prosthesis to be produced is produced, then a size-adapted prosthesis blank is produced in a computer-aided machining process by means of the image from a ceramic blank and is subsequently heat-treated made from the prosthesis blank the TMJ endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis.
Gegebenenfalls wird zunächst ein Abbild des knöchernen Schädels erstellt. Daran wird anhand von vorhandenen Daten die zu entfernende Substanz festgelegt und anschließend die herzustellende Endoprothese als Vorlage in Form eines Kunststoffmodells konstruiert. Die Vorlage bildet eine Positivform, aus welcher durch abscannen der Gestalt der Vorlage ein digitales Abbild der zu erzeugenden Prothese erzeugt werden kann. Hierbei ist vorteilhaft, dass anhand der Vorlage zunächst eine Simulation der anstehenden Operation durchgeführt werden kann. Die Simulation kann dabei direkt an der Vorlage oder rechnergestützt durchgeführt werden. If necessary, an image of the bony skull is first created. Based on existing data, the substance to be removed is determined and then the endoprosthesis to be produced is constructed as a template in the form of a plastic model. The template forms a positive shape, from which by scanning the shape of the original a digital image of the prosthesis to be generated can be generated. It is advantageous that based on the template, a simulation of the upcoming operation can be performed first. The simulation can be carried out directly on the template or computer-aided.
Bei der rechnergestützten Simulation können die vorhandenen Daten des Schädelabbildes und der eingescannten Vorlage herangezogen werden. Nach Abschluss der Simulation kann die Vorlage angepasst werden, falls das Ergebnis der Simulation nicht zufriedenstellend war. Anschließend wird die überarbeitete Vorlage erneut eingescannt und die Simulation wird gegebenenfalls erneut durchgeführt. Wenn das Ergebnis der Simulation positiv ist, wird das Abbild zur Herstellung des Prothesenrohlings herangezogen. In the computer-aided simulation, the existing data of the skull image and the scanned template can be used. After completion of the simulation, the template can be adapted if the result of the simulation was not satisfactory. Subsequently, the revised template is scanned again and the simulation is performed again if necessary. If the result of the simulation is positive, the image is used to make the denture blank.
Es ist aber auch denkbar, dass die Vorlage ausschließlich als Rechnermodell hergestellt wird. In diesem Fall erfolgen die Modellierung und auch die Simulation anhand der Vorlage ausschließlich rechnergestützt. Die Herstellung eines Kunststoffmodells entfällt hierbei. However, it is also conceivable that the template is produced exclusively as a computer model. In this case, the modeling and also the simulation based on the template are computer-aided. The production of a plastic model is omitted here.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese nach Vorlage des Abbildes erzeugt wird. Somit ist die Formgebung der Prothese durch die individuelle Kiefergelenksituation vorgegeben. Besonderer Vorteil ist dabei, dass lediglich beschädigte oder krankhafte Substanz kieferchirurgisch aus dem Kiefergelenk entfernt werden muss. Es ist nicht erforderlich, das Kiefergelenk an eine vorgefertigte Kiefergelenkprothese anzupassen und erhaltungswürdige Substanz zu entfernen. Jede erfindungsgemäße Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese bildet ein Unikat und ist an die individuelle Situation des Kiefergelenks genau angepasst. Vorteilhaft ist insbesondere, dass der Ansatz des Flügelmuskels erhalten werden kann, während der Rest des destruierten Gelenkkopfes ersetzt werden kann. Insofern kann die ansetzende Muskulatur intraoperativ erhalten werden. A particular advantage results from the fact that the temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis is produced after presentation of the image. Thus, the shape of the prosthesis is determined by the individual temporomandibular joint situation. The particular advantage here is that only damaged or diseased substance has to be removed from the TMJ by maxillofacial surgery. It is not necessary to adapt the temporomandibular joint to a prefabricated TMJ prosthesis and to remove substance worth preserving. Each temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis according to the invention forms a unique specimen and is precisely adapted to the individual situation of the temporomandibular joint. It is particularly advantageous that the approach of the wing muscle can be obtained, while the rest of the destroyed joint head can be replaced. In this respect, the attaching muscles can be obtained intraoperatively.
Die erfindungsgemäße Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese kann gut in das umgebende Weichgewebe integriert werden und verheilt fest mit dem unterlegten Knochen. Der Abschluss des Heilungsprozesses garantiert eine hohe Funktionalität des mit der Kiefergelenk-Endoprothese versehenen Kiefergelenks. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Ansatz der Flügelmuskeln ausgespart werden kann, so dass die natürliche Dreh-Gleitbewegung aufrechterhalten werden kann. The temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis according to the invention can be well integrated into the surrounding soft tissue and healed firmly with the underlying bone. The completion of the healing process guarantees high functionality of the mandibular joint endoprosthesis. Another advantage is that the approach of the wing muscles can be left out, so that the natural rotational sliding movement can be maintained.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zur Herstellung von Schädelprothesen beispielsweise im Bereich des Jochbeins, der Stirn, des Kinns und des Kieferwinkels. Ein weiteres Anwendungsgebiet stellt die Herstellung von Körperteilprothesen des Beckenkamms dar. Insgesamt ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere vorteilhaft zur Herstellung von Prothesen im Bereich der plastischen Chirurgie. The inventive method is particularly suitable for the production of skull prostheses, for example in the area of the zygomatic bone, the forehead, the chin and the angle of the jaw. Another field of application is the production of partial body prostheses of the iliac crest. On the whole, the method according to the invention is particularly advantageous for the production of prostheses in the field of plastic surgery.
Die erfindungsgemäße Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese besteht ausschließlich aus einem Keramikwerkstoff. Dieser weist den besonderen Vorteil auf, dass einerseits eine Integration in das Knochengewebe (Osseointegration) gegeben ist und darüber hinaus auch eine Integration in das Weichteilgewebe gegeben ist, welches das Kiefergelenk oder den Gesichtsknochen umgibt. Durch die Integration des Weichteilgewebes ergibt sich nach vollständiger Ausheilung eine hohe Funktionalität des Kiefergelenks. Die Kiefergelenk-Endoprothesen, Schädelprothesen oder Körperteilprothesen verwachsen fest auf der knöchernen Unterlage (Osseointegration) und integrieren reizlos in das Weichgewebe. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die individuelle Anfertigung der Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese eine ästhetische Angleichung des Kiefergelenks an die ursprüngliche Situation möglich ist. The mandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis according to the invention consists exclusively of a ceramic material. This has the particular advantage that, on the one hand, integration into the bone tissue (osseointegration) is provided and, moreover, there is also an integration into the soft tissue surrounding the temporomandibular joint or the facial bones. The integration of the soft tissue results in complete functionality of the temporomandibular joint after complete healing. The temporomandibular joint endoprostheses, skull prostheses or body part prostheses grow together firmly on the bony surface (osseointegration) and integrate into the soft tissue without irritation. Another advantage is that the individual preparation of the temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis, an aesthetic approximation of the temporomandibular joint to the original situation is possible.
Der Keramikrohling besteht aus einem Keramikpulver, welches mit einem organischen Binder, beispielsweise Polyacrylsäure zu einem Block verpresst wird. Ein derartiger Keramikrohling, auch als Zirkonoxidpulver-Pressling bezeichnet, weist eine hohe Porosität und eine geringe Eigenfestigkeit auf. Die Konsistenz des Keramikrohlings ist kreideähnlich. Dadurch ist es möglich, den Keramikrohling mit spanabhebenden Werkzeugen zu bearbeiten. Durch die geringe Festigkeit des Keramikrohlings ergeben sich kurze Bearbeitungszeiten und ein geringer Werkzeugverschleiß. The ceramic blank consists of a ceramic powder which is pressed into an ingot with an organic binder, for example polyacrylic acid. Such a ceramic blank, also referred to as zirconia powder compact, has a high porosity and low intrinsic strength. The consistency of the ceramic blank is chalk-like. This makes it possible to edit the ceramic blank with cutting tools. The low strength of the ceramic blank results in short processing times and low tool wear.
Bei der nachgeschalteten Wärmebehandlung verdichtet sich das Keramikmaterial und der organische Binder wird aus der Matrix des Keramikmaterials entfernt. Dabei schrumpft der Prothesenrohling durch Herabsetzung der Porosität und Gefügeveränderungen und verliert dadurch an Volumen. Daher ist es erforderlich, aus dem Keramikrohling einen größenangepassten Prothesenrohling herzustellen. Nach Abschluss der Wärmebehandlung ergibt sich aus dem Prothesenrohling die keramische Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese, welche eine hohe Härte und hohe Festigkeit aufweist. Beispielsweise ist die Biegefestigkeit von Zirkoniumdioxid höher als die von für Prothesen bekannten Titanlegierungen. In the subsequent heat treatment, the ceramic material compacts and the organic binder is removed from the matrix of the ceramic material. The prosthesis blank shrinks by reducing the porosity and structural changes and thus loses volume. Therefore, it is necessary to make a size-adjusted prosthesis blank from the ceramic blank. After completion of the heat treatment results from the prosthesis blank, the ceramic jaw joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis, which has a high hardness and high strength. For example, the Bending strength of zirconia higher than that of titanium alloys known for prostheses.
Vorzugsweise ist der Keramikrohling aus Oxidkeramik ausgebildet. Oxidkeramiken sind einphasige keramische Materialien ohne Glasphase. Zwar gehören oxidbildende Metalle zu den wenig edlen Metallen, gleichzeitig weisen diese aber ein hohes Oxidationspotential auf und die Oxide sind sehr stabil. Preferably, the ceramic blank is formed of oxide ceramic. Oxide ceramics are single-phase ceramic materials without glass phase. Although oxide-forming metals are among the less noble metals, at the same time they have a high oxidation potential and the oxides are very stable.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Keramikrohling Zirkondioxid (ZrO2). Zirkondioxid ist nicht magnetisch, gegen Säuren und Alkalilaugen sehr beständig und besitzt eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen chemische, thermische und mechanische Einflüsse. Zur Stabilisierung weist das den Keramikrohling bildende Sinterpulver zumeist noch Stabilisatorzusätze in Form anderer Metalloxide auf. Der Einsatz von Zirkondioxid im medizinischen Bereich ist bereits bekannt. Aufgrund der hohen Biokompatibilität wird Zirkondioxid bereits zur Herstellung von Gelenkköpfen für Hüftprothesen eingesetzt. Ebenso ist es bekannt, metallfreie Zahnimplantate oder Zahnersatz aus Zirkondioxid auszubilden. Im Fall von Gelenkköpfen und Implantaten kommen jedoch stets vorgefertigte Komponenten zum Einsatz. In a preferred embodiment, the ceramic blank comprises zirconium dioxide (ZrO 2 ). Zirconia is non-magnetic, highly resistant to acids and alkalis, and has high resistance to chemical, thermal and mechanical influences. For stabilization, the sintering powder forming the ceramic blank usually still has stabilizer additives in the form of other metal oxides. The use of zirconium dioxide in the medical field is already known. Due to its high biocompatibility, zirconium dioxide is already being used in the manufacture of condylar heads for hip replacements. It is also known to form metal-free dental implants or dental prostheses made of zirconium dioxide. However, in the case of rod ends and implants, prefabricated components are always used.
Alternativ ist es denkbar, dass der Keramikrohling Aluminiumoxid (AL2O3) umfasst. Ebenso wie Zirkondioxid ist Aluminiumoxid biokompatibel und weist im Anschluss an die nachgeschaltete Wärmebehandlung eine hohe Festigkeit auf. Allerdings ist die Biegefestigkeit von Aluminiumoxid geringer als die von Zirkondioxid. Alternatively, it is conceivable that the ceramic blank comprises aluminum oxide (AL 2 O 3 ). Like zirconia, alumina is biocompatible and has high strength following post heat treatment. However, the bending strength of alumina is lower than that of zirconia.
Vorzugsweise wird der Keramikrohling einer vorgeschalteten Wärmebehandlung unterzogen. Wird das den Keramikrohling bildende Sinterpulver, das pulverförmige keramische Material, lediglich mit einem organischen Binder in Blockform verpresst, entsteht ein Keramikrohling mit einer kreideweichen Konsistenz, welcher zwar einfach bearbeitbar, aber gleichzeitig schwierig in der Handhabung ist. Aufgrund der weichen Konsistenz besteht das Risiko, dass der bearbeitete Keramikrohling vor der nachgeschalteten Wärmebehandlung zerstört wird. Durch die vorgeschaltete Wärmebehandlung wird der Keramikrohling vorverfestigt. Dadurch verlängern sich zwar die Fräszeiten und der Werkzeugverschleiß erhöht sich, der aus dem Keramikrohling hergestellte Prothesenrohling ist jedoch wesentlich stabiler und einfacher in der Handhabung. Dadurch kann verhindert werden, dass der Prothesenrohling vor der nachgeschalteten Wärmebehandlung durch fehlerhaftes Handling zerstört wird. Preferably, the ceramic blank is subjected to an upstream heat treatment. If the sintered powder forming the ceramic blank, the powdered ceramic material, is compressed in block form with only an organic binder, a ceramic blank with a chalky-white consistency is produced, which, while easy to process, is difficult to handle at the same time. Due to the soft consistency, there is a risk that the processed ceramic blank will be destroyed before the subsequent heat treatment. Through the upstream heat treatment, the ceramic blank is preconsolidated. Although this prolongs the milling times and tool wear increases, the prosthesis blank made from the ceramic blank is much more stable and easier to handle. This can prevent the prosthesis blank from being destroyed by incorrect handling before the subsequent heat treatment.
Nach Abschluss der resektiven Behandlung, bei der das medizinisch notwendige destruierte Material aus dem Kiefergelenk entfernt wurde, wird der Kiefergelenkbereich vorzugsweise mittels eines Scanners elektronisch erfasst. Anschließend wird mittels eines CAD-Prozesses (Computer-Aided Design) aus den Scandaten ein Abbild einer zu erstellenden Kiefergelenk-Endoprothese erstellt. Dabei wird der Schrumpfprozess der nachgeschalteten Wärmebehandlung berücksichtigt, so dass ein größenangepasster Prothesenrohling hergestellt werden kann, aus welchem nach Abschluss der nachgeschalteten Wärmebehandlung die passende maßgerechte Kiefergelenk-Endoprothese entsteht. After completion of the resective treatment, in which the medically necessary destroyed material has been removed from the temporomandibular joint, the TMJ area is preferably detected electronically by means of a scanner. Subsequently, an image of a temporomandibular joint endoprosthesis to be created is created by means of a CAD process (computer-aided design) from the scan data. In this case, the shrinkage process of the downstream heat treatment is taken into account, so that a size-adjusted prosthesis blank can be produced, from which the appropriate tailor-made temporomandibular joint endoprosthesis is produced after completion of the downstream heat treatment.
Alternativ ist es denkbar, dass auf der Basis eines vorab erstellten Befundes, beispielsweise auf der Basis von DVT-Daten (digitale Volumentomographie) ein Modell der zu erstellenden Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese erstellt wird. Das Modell besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Dies hat den Vorteil, dass die Lage und Gestalt der herzustellenden Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese vor der Operation anhand des Modells im vorgesehenen Operationsgebiet geprüft werden kann. Dabei können an dem Modell noch Änderungen dergestalt vorgenommen werden, dass die Resektion am Modell durchgeführt wird im Sinne einer OP-Simulation. Anhand des ggf. modifizierten Modells wird schließlich eine Vorlage für den spanabhebenden Fertigungsprozess erstellt. Alternatively, it is conceivable that a model of the temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or partial body prosthesis to be created is created on the basis of a previously prepared finding, for example on the basis of DVT data (digital volume tomography). The model is preferably made of plastic. This has the advantage that the position and shape of the temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or partial body prosthesis to be produced can be checked prior to the operation on the basis of the model in the intended operating area. In this case, changes can still be made to the model such that the resection is performed on the model in the sense of an OP simulation. Based on the possibly modified model, a template for the machining process is finally created.
Das so erstellte elektronische Modell der Kiefergelenk-Endoprothese bzw. Schädelprothese oder Körperteilprothese wird anschließend vorzugsweise in eine computergesteuerte Fräsmaschine eingelesen, so dass als spanabhebendes Werkzeug vorzugsweise eine dreidimensional arbeitende CNC-Fräsmaschine zum Einsatz gelangt. CNC(Computerized Numerical Control)-gesteuerte Werkzeugmaschinen ermöglichen eine computergesteuerte numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen und dadurch in diesem Fall die Herstellung von Prothesenrohlingen mit hoher Genauigkeit. Durch die Verbindung von elektronisch erfassten Scandaten und der elektronischen Modellierung des Abbilds in einem CAD-Prozess ergibt sich ein durchgängig elektronischer Herstellungsprozess des Prothesenrohlings. Dieser auch als CAM (Computer-Aided Manufacturing) bezeichnete Prozess ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von Prothesenrohlingen mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitig komplexer Formgebung. Dadurch ist es möglich, an den individuellen Einsatzzweck angepasste Kiefergelenk-Endoprothesen, Schädelprothesen oder Körperteilprothesen herzustellen. The thus created electronic model of the temporomandibular endoprosthesis or skull prosthesis or partial body prosthesis is then preferably read into a computer-controlled milling machine, so that as a cutting tool preferably a three-dimensionally working CNC milling machine is used. CNC (Computerized Numerical Control) -controlled machine tools enable computer-controlled numerical control of machine tools and thus in this case the production of prosthesis blanks with high accuracy. The combination of electronically recorded scan data and the electronic modeling of the image in a CAD process results in a consistently electronic production process of the prosthesis blank. This process, also referred to as CAM (computer-aided manufacturing), enables the cost-effective production of prosthesis blanks with high accuracy and at the same time complex shaping. As a result, it is possible to produce jaw joint endoprostheses, skull prostheses or body part prostheses adapted to the individual application.
Die nachgeschaltete Wärmebehandlung ist vorzugsweise ein Sinterprozess. Bei dem Sinterprozess wird der Prothesenrohling über mehrere Stunden, beispielsweise für acht Stunden, Temperaturen von über 1.000 °C, beispielsweise einer Temperatur von 1.400 °C ausgesetzt. Bei dieser Wärmebehandlung schrumpft der Prothesenrohling um bis zu 25 Vol.-% aufgrund der Herabsetzung der Porosität und Gefügeänderungen der Kristallstruktur des keramischen Materials. Nach Abschluss der Wärmebehandlung entsteht aus dem Prothesenrohling eine keramische Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese mit hoher Festigkeit, ausgezeichneter Biokompatibilität und guter Einbindbarkeit in das Knochengewebe und das angrenzende Weichteilgewebe. The downstream heat treatment is preferably a sintering process. In the sintering process, the prosthesis blank is heated for several hours, for example, for eight hours, temperatures of about 1,000 ° C, for example, a temperature exposed to 1,400 ° C. In this heat treatment, the prosthesis blank shrinks by up to 25% by volume due to the reduction in porosity and microstructural changes in the crystalline structure of the ceramic material. After completion of the heat treatment, the prosthesis blank is transformed into a ceramic jaw joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis with high strength, excellent biocompatibility and good integration into the bone tissue and the adjacent soft tissue.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese aus keramischem Material weist den Vorteil einer guten Osseointegration und darüber hinaus auch den Vorteil einer guten Integration in das Weichteilgewebe auf. Darüber hinaus weist die keramische Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese eine hohe Festigkeit, insbesondere Biegefestigkeit, auf. Dies ist deswegen besonders wichtig, weil im Bereich des Kiefergelenks während des Kauvorgangs hohe mechanische Belastungen auftreten. Durch die gleichzeitig gute Integration der keramischen Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese sowohl in das Knochen- als auch in das Weichteilgewebe ergibt sich nach Abschluss des Heilungsprozesses eine hohe Funktionalität des mit der Prothese versehenen Kiefergelenks. Gleichzeitig kann durch die individuelle Formgebung der Prothese eine hohe Ästhetik sichergestellt werden, was insbesondere im Gesichtsbereich besondere Relevanz hat. The jaw joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis made of ceramic material produced by the method according to the invention has the advantage of a good osseointegration and moreover also the advantage of a good integration into the soft tissue. In addition, the ceramic jaw joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis has a high strength, in particular bending strength on. This is particularly important because high mechanical loads occur in the region of the temporomandibular joint during the chewing process. By the simultaneous good integration of the ceramic TMJ endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis in both the bone and in the soft tissue results in completion of the healing process, a high functionality of the provided with the prosthesis temporomandibular joint. At the same time a high aesthetic can be ensured by the individual shaping of the prosthesis, which has particular relevance especially in the facial area.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind in die Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese Ausnehmungen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln in den keramischen Werkstoff eingebracht. Diese Ausnehmungen weisen vorzugsweise die Gestalt von Bohrungen auf, wobei der nach außen weisende Bereich der Ausnehmung konisch ausgestaltet sein kann. Dies ermöglicht die vollständige Aufnahme von schraubenförmigen Befestigungsmitteln, beispielsweise von Titanschrauben. Durch die Befestigungsmittel kann die Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese in den verbleibenden Unterkieferknochen ortsfest fixiert werden. Dies erleichtert eine Osseointegration der Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese. Befestigungsmittel sind vorzugsweise Titanschrauben, welche ebenfalls eine gute Osseointegration aufweisen. Nach Abschluss des Heilungsprozesses ist aber auch die Endoprothese selbst fest in dem Knochengewebe verankert. Alternativ können jedoch auch vorgefertigte Schrauben ebenfalls aus Zirkonoxid verwendet werden. In an advantageous embodiment recesses for receiving fastening means are introduced into the ceramic material in the temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis. These recesses preferably have the shape of holes, wherein the outwardly facing portion of the recess may be configured conical. This allows the complete inclusion of helical fasteners, such as titanium screws. By means of the fastening means, the temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis can be fixed in place in the remaining lower jawbone. This facilitates osseointegration of the TMJ endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis. Fasteners are preferably titanium screws, which also have a good osseointegration. After completion of the healing process but also the endoprosthesis itself is firmly anchored in the bone tissue. Alternatively, however, prefabricated screws can also be used zirconia.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese wird nachfolgend näher erläutert:
Zunächst wird ein Keramikrohling bereitgestellt. Der Keramikrohling besteht aus pulverförmigem Keramikmaterial, beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3), vorzugsweise Zirkoniumdioxid (ZrO2). Das pulverförmige Material wird zu einem Block gepresst und mittels eines auf Polyacrylsäure basierenden organischen Binder in Form gehalten. Vor der spanabhebenden Bearbeitung kann der Keramikrohling einer vorgeschalteten Wärmebehandlung unterzogen werden. Diese vorgeschaltete Wärmebehandlung wird auch als Vorbrand bezeichnet. Der Vorbrand ist mit einer geringen Schwindungsrate verbunden und bewirkt eine Vorverfestigung des pulverförmigen keramischen Materials. Dadurch vereinfacht sich das Handling sowohl des Keramikrohlings als auch des durch den spanabhebenden Prozess hergestellten Prothesenrohlings. The method according to the invention for producing a temporomandibular joint endoprosthesis, a skull prosthesis or a partial body prosthesis is explained in more detail below:
First, a ceramic blank is provided. The ceramic blank consists of powdered ceramic material, for example aluminum oxide (Al 2 O 3 ), preferably zirconium dioxide (ZrO 2 ). The powdery material is pressed into a block and held in shape by means of a polyacrylic acid-based organic binder. Before the machining, the ceramic blank may be subjected to an upstream heat treatment. This upstream heat treatment is also referred to as Vorbrand. The pre-firing is associated with a low shrinkage rate and causes a preconsolidation of the powdered ceramic material. This simplifies the handling of both the ceramic blank and the denture blank produced by the machining process.
Mittels eines 3D-Scanners und eines daran anschließenden CAD-Prozesses wird ein Computerabbild der zu erzeugenden Prothese erstellt. Die Dimension des Abbildes berücksichtigt den bei der nachgeschalteten Wärmebehandlung auftretenden Schwindungsprozess. Insofern ist der Prothesenrohling im Vergleich zu der späteren Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese größenangepasst. A computer image of the prosthesis to be generated is created by means of a 3D scanner and a subsequent CAD process. The dimension of the image takes into account the shrinkage process that occurs during the subsequent heat treatment. In this respect, the prosthesis blank is sized in comparison to the later TMJ endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis.
Alternativ zu den Scandaten kann anhand des zuvor erstellten Befundes auf der Basis von Röntgenbilder und dergleichen zunächst eine Vorlage der zu erzeugenden Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese hergestellt werden, welche nach einer möglichen Modifikation, beispielsweise nach einer Simulation in ein computerlesbares Modell überführt wird. Die Simulation kann dabei mithilfe der Vorlage oder rechnergestützt anhand vorliegender Daten des Schädels und der Vorlage durchgeführt werden. Die Vorlage wird vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt. Hierbei ist denkbar, dass die Vorlage mittels eines 3D-Druckers erzeugt wird. Alternativ kann die Herstellung der Vorlage aber auch handwerklich erfolgen oder es wird ausschließlich eine Vorlage in Form eines Rechnermodells erstellt. As an alternative to the scan data, a template of the temporomandibular endoprosthesis, skull prosthesis or partial body prosthesis to be produced can first be produced on the basis of X-ray images and the like, which after a possible modification, for example after a simulation, is converted into a computer-readable model. The simulation can be performed using the template or computer based on existing data from the skull and the template. The template is preferably made of a plastic. It is conceivable that the template is generated by means of a 3D printer. Alternatively, the preparation of the template but also done by hand or it is exclusively created a template in the form of a computer model.
Das computergestützt erzeugte Abbild der zu erzeugenden Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese wird in eine computergesteuerte dreidimensionale Fräsanlage gegeben, wo anhand des elektronischen Abbildes mittels des spanabhebenden Fräsprozesses aus dem Keramikrohling der Prothesenrohling erzeugt wird. Anschließend wird der Prothesenrohling einer nachgeschalteten Wärmebehandlung unterzogen, bei der aus dem Prothesenrohling die Kiefergelenk-Endoprothese bzw. die Schädelprothese oder Körperteilprothese entsteht. Die nachgeschaltete Wärmebehandlung beinhaltet eine Wärmebehandlung über einen Zeitraum von acht Stunden bei einer Temperatur von 1.400 °C. The computer-generated image of the temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or partial body prosthesis to be produced is placed in a computer-controlled three-dimensional milling machine, where the prosthesis blank is produced from the ceramic blank by means of the electronic image by means of the cutting process. Subsequently, the prosthesis blank is subjected to a subsequent heat treatment, in which the temporomandibular joint is removed from the prosthesis blank. Endoprosthesis or the skull prosthesis or body part prosthesis arises. The downstream heat treatment involves a heat treatment over a period of eight hours at a temperature of 1400 ° C.
Bei der computergestützten Modellierung des Abbildes der Kiefergelenk-Endoprothese, Schädelprothese oder Körperteilprothese werden Ausnehmungen für Befestigungsmittel berücksichtigt. Diese sind in Form von zylindrischen Bohrungen ausgestaltet, wobei der nach außen weisende Abschnitt der Bohrungen zur Aufnahme von Schraubenköpfen konisch ausgebildet ist. Die Ausnehmungen dienen dazu, Befestigungsmittel, vorzugsweise Titanschrauben oder alternativ Schrauben aus einem keramischen Material, aufzunehmen. In the computer-aided modeling of the image of the temporomandibular joint endoprosthesis, skull prosthesis or body part prosthesis recesses for fasteners are taken into account. These are designed in the form of cylindrical bores, wherein the outwardly facing portion of the bores for receiving screw heads is conical. The recesses serve to receive fastening means, preferably titanium screws or alternatively screws made of a ceramic material.
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